GN30-4000大电流隔离开关结构缺陷分析

2020-07-11王伟吕强陈尚选吴昆泰黄石华

科技与创新 2020年13期

王伟，吕强，陈尚选，吴昆泰，黄石华

王伟，吕强，陈尚选，吴昆泰，黄石华

（广东电网有限责任公司清远供电局，广东清远 511000）

近年来，随着中国电力需求的逐步增加，电力系统中逐步引入了各种先进的电力设备与设施，比如GN30隔离开关，虽然GN30隔离开关能够在电力系统中发挥其结构紧凑、安装便捷、操作简单的优势，但是，GN30-4000大电流隔离开关由于其结构的特殊性，在实际应用过程中，当电流过大时，温度会严重升高，导致整个电力设备运行中存在一定的安全风险。基于此，分析了GN30-4000大电流隔离开关存在的结构缺陷，并提出了相应的改进措施，有利于发挥大电流隔离开关的性能优势。

GN30-4000大电流；隔离开关；结构缺陷；改进措施

近年来，随着生产生活中用电负荷的逐年增长，各个电力系统必须在传统电力网络的基础上进行相应的调整与优化。高压开关柜在电力系统中的普遍应用虽然满足了电力负荷增长的需求，但是，使用过程中也常常存在着各种故障，导致GN30-4000大电流隔离开关发生故障的概率很高。GN30-4000大电流隔离开关的使用过程中，一旦运行电流超过了其额定电流，结构缺陷会导致开关温度异常升高，进而存在安全隐患。因此，必须要针对大电流隔离开关的结构缺陷进行必要的结构优化。

1 GN30型隔离开关的结构及其原理

GN30型隔离开关的总体结构如图1所示，每相的静触头内都包含了8片触指，4对并列排布于底座的两边位置。1对触指主要为左触指与右触指，为发挥其在隔离开关中的作用，在安装时需通过紧固螺栓的方式将该触指分别固定于底座的两边位置[1]。当隔离开关处于合闸状态时，触指的电接触主要包含了接触1与洞触间的接触、接触面2与底座间的接触。当刀闸处于合位状态下时，触指弹簧能够为触指锁片提供一定的压力，使触指能够压紧刀闸的动触头，保障良好的接触效果。GN30型隔离开关的特殊结构使得其在使用过程中，每片触指所承担的电流大大降低，电流的分配更为均匀，进而使得接触面积进一步增大，保障良好的散热效果，最大程度上减小隔离开关使用中的热损耗，保证开关的正常使用。

2 GN30-4000大电流隔离开关的结构缺陷

2.1 触头部分

对于GN30-4000大电流开关而言，其总体设计为双断口旋转式结构，在每相上、下都分别存在一个静触头。触头主要包含了工字形底座、8片导电触片、磁锁板，在连接过程中，主要采用的是螺栓与弹簧的活动压力连接方式。触头导电回路的活动连接部分，主要为触片凸点与工字形底座凹孔的活动式接触、动导电筒与静触头间距设计设计的配合。当处于合闸状态下时，动导电筒将会向两侧将触片推开，而此情况下会对触头压力弹簧的接触压力产生一定的压缩作用，此时，触片与导电筒之间在压力弹簧的作用下能够保持线性接触的状态[2]。在这种结构特征下，活动接触点的数量相对较多，在长时间运行的过程中，活动接触部分往往会存在氧化积尘的现象，最终导致接触电阻增大，引发运行事故。这种触头结构下，触指的截面相对较小，导流能力较差，紧固件多为导磁材料，极易引发涡流发热现象，而触头座对导流过程的参与，使得设备本身的散热能力极差[3]。

图1 GN30型隔离开关原理图

每对触指的连接都是经由螺栓来实现的，这种情况下，就会使得隔离开关存在一定的安全威胁。比如，当动静触头间的压力相对较小时，就会使得两边接触电阻不相同，最终导致在隔离开关的使用过程中，部分电流会经由螺栓分流。此外，螺栓特殊的材质与构成使得其本身的导电性能极差，再加上在螺栓与静触头底座的连接往往是由弹簧实现的，导致二者之间存在较大的接触电阻，即使在电流相对较小的情况下，螺栓的温度也会急剧升高，发热现象严重。而螺栓发热会直接造成接头发热，当在温度较高的情况下时，螺栓与弹簧难以维持其原有的机械性能，最终会导致静触头的夹紧力大大降低，引发更为严重的发热问题，甚至会造成短路等事故[4]。

2.2 框架部分

GN30-4000大电流隔离开关的框架结构相对特殊，开关框架主要为普通钢板材料，而开关夹架主要为铸铁材料，这些材料的导磁性相对较好，导致在开关的使用过程中常常会出现涡流，最终引发安全事故。从当前市场上大部分GN30型隔离开关的情况来看，其触指锁片多为普通钢材与铁片材料，这些材料在受热状态下弹性下降得很快。涡流发热情况下，隔离开关在使用的过程中，周边的热量大量积聚难以散发，触头发热会加速触头的融化[5]。

3 大电流隔离开关结构改进措施

针对当前GN30-4000大电流隔离开关存在的结构缺陷，要保障隔离开关能够在使用的过程中发挥其应有的作用，相关人员必须要结合结构特征、结构缺陷所造成的不利影响，进行必要的结构优化与改进，结构改进主要从以下方面来进行：①对于隔离开关内所涉及的所有的紧固件，都需要结合开关安全、稳定运行的需求选用特定材料的紧固件，比如选用304不锈钢材质的紧固件。②将T2电解铜板作为导电回路主体，用这种导电回路主体来取代原有的铸铜工字形底座，这样能够进一步提高本身的导流能力，降低导流能力不足所造成的安全事故威胁。③动触头的使用过程中，同样需进行相应的材料控制，比如，可以采用99.9%的电解铜，并保证其一体成型效果，提升其本身的导流能力。④适当增大动触指的导电截面，使得在隔离开关的使用过程中触片的载流截面能够符合开关正常运转的要求。⑤替代原有的底座，采用铝合金底座，并使得该底座不参与导流过程。必要情况下在底座上设置多个散热孔，并保障这些散热孔能够保持上下贯通的状态。这些散热孔能使隔离开关在运行与使用过程中具有较好的散热能力与特性，通过散热效率的提升，能够进一步优化隔离开关的整体性能，延长其使用寿命，避免隔离开关发热所造成的事故。⑥静触头总体上采用铜热熔工艺压接一体成型，这样能够进一步保障导电触指的灵活性，使得在隔离开关的使用过程中，导电触指能够随着整个系统的运行进行相应的调整，发挥导电触指在隔离开关使用过程中的灵活调整性、导电性等优势。此外，在结构改进过程中，要取消原有的活动连接方式，简化整个结构，减小8个接触发热点，使得在隔离开关的使用过程中，能够保持稳定、安全的运行状态，避免开关使用中的大幅度温升现象。⑦合闸限位设计改进。在隔离开关的设计过程中，相关设计人员需结合开关运行的具体情况，保障合闸限位设计的科学性，避免合闸限位设计不当所引发的短路、爆炸等事故。